JP5867698B2 - フィールド無線監視表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、フィールド無線監視表示装置に関し、詳しくは、無線通信機能を有するフィールド機器で構成される工業用フィールド無線システムの通信状態を監視表示する装置の改良に関する。

近年の無線技術の進化に伴い、産業界でも無線が活用されつつある。２００９年９月、国際計測制御学会（ＩＳＡ：International Society of Automation）は、インダストリアルオートメーション用無線通信規格ISA100.11aを、ＩＳＡ規格として発行した。ISA100.11aは、冗長化を含む高信頼性、ネットワークの拡張性、各種インダストリアルオートメーション用のプロトコル対応など、多くの特長を持つものである（非特許文献１）。

プラントを構成するフィールド機器と制御システム間の通信を無線を介して行う無線システム化することにより、配線やエンジニアリングコストを削減できる、配線が困難な場所にも機器の設置が可能になる、機器の追加・削除が容易であるなど、多くのメリットが得られ、これらのメリットを活用することで今までの配線では不可能とされていた現場での計装の実現も期待できる。

このように構成される無線システムにおいて、フィールド機器と制御システム間の通信が異常になると、プラントを安定に運転できなくなってしまう。

そこで、従来から、たとえば図５に示すようなフィールド無線監視表示装置が用いられている。図５において、フィールド無線監視表示装置は、無線通信設定監視用ソフトウェアに基づいて動作する監視用ＰＣ１０で構成されている。監視用ＰＣ１０は、たとえばＣＰＵ１１と操作部１２とメモリ１３と通信部１４と表示部１５が、内部バスＢを介して接続されている。

表示部１５の表示画面には、プラントエリアの見取図が表示されていて、その見取図上のプラントを構成する各フィールド機器の設置場所には各フィールド機器を表す所定のアイコン（Ｂ（バックボーンルータ）、Ｒ（ルーティングデバイス）、Ｉ（Ｉ／Ｏデバイス））とそれぞれの機器タグ（ＢＢＲ０１、ＤＥＶ０１〜１１、ＴＭＰ０１）が表示され、さらに各フィールド機器の信号送信経路が矢印付の線分で表示されている。

具体的には、ルーティングデバイスＤＥＶ０７はルーティングデバイスＤＥＶ０４に向けて送信し、ルーティングデバイスＤＥＶ０４はルーティングデバイスＤＥＶ０１とバックボーンルータＢＢＲ０１に向けて送信し、ルーティングデバイスＤＥＶ０１はバックボーンルータＢＢＲ０１に向けて送信している。

Ｉ／ＯデバイスＤＥＶ０２、ＤＥＶ０５、ＤＥＶ０６、ＤＥＶ０８、ＤＥＶ０９、ＤＥＶ１０およびＤＥＶ１１は、それぞれバックボーンルータＢＢＲ０１に向けて送信している。

ルーティングデバイスＴＭＰ０１はルーティングデバイスＤＥＶ０３とバックボーンルータＢＢＲ０１に向けて送信し、ルーティングデバイスＤＥＶ０３はバックボーンルータＢＢＲ０１に向けて送信している。

ところで、プラントを構成する各フィールド機器は、Ｉ／ＯデバイスＤＥＶ０５、ＤＥＶ０８、ＤＥＶ０９、ＤＥＶ１０およびＤＥＶ１１のように、広いプラントエリアの特定の場所に集中して配置されることがある。そこで、これら集中配置された各フィールド機器のアイコン表示を見やすくするために、たとえば図６に示すように、必要に応じて図示しない拡大縮小ボタンを操作して注目部分（破線で囲んだ領域）を拡大縮小表示することが行われている。

非特許文献１には、ＩＳＡ規格として発行されたインダストリアルオートメーション用無線通信規格ISA100.11aについて記載されている。

特許文献１には、ユーザがネットワーク環境のグループ・ビューを動的に生成するとともに、新たなグループ・ビューを含む更新されたリストを表示することについて記載されている。

山本 周二、外２名、「計装を革新するISA100.11a準拠フィールド無線ソリューション」、横河技報、横河電機株式会社、２０１０年、Ｖｏｌ．５３ Ｎｏ．２（２０１０） ｐ．６９−７４

特開２０００−８２０２９号公報

しかし、図５および図６に示すような従来の構成によれば、集中して配置されている各デバイスを個別に見ようとして表示画面を部分拡大するとプラントエリア全体が見えなくなってしまい、逆にプラントエリア全体を見ようとすると集中して配置されている個別のデバイスが見えなくなってしまう。

本発明は、このような課題を解決するものであり、その目的は、集中して配置されている各デバイスの状態を、表示画面を部分拡大することなく個別に目視確認できるフィールド無線監視表示装置を実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
プラントエリアにおける無線通信機能を有するフィールド機器の設置場所に、少なくとも各フィールド機器を表す所定のアイコンと各フィールド機器の信号送信経路を所定の線分で表示するように構成されたフィールド無線監視表示装置において、
集中配置されている前記フィールド機器をグループ化しデバイスグループを表す所定のアイコンで表示するとともに、
前記信号送信経路は、各フィールド機器から必ず送信されるプライマリ経路と設置現場の状況などに応じて必要なフィールド機器から送信されるセカンダリ経路の２種類が、互いに識別可能な所定の線分で表示されることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載のフィールド無線監視表示装置において、
前記各フィールド機器の表示色および各信号送信経路の表示色は、各表示項目の値のそれぞれの動作状態ランクに応じて割り当てられた所定の色に変化することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１記載のフィールド無線監視表示装置において、
前記デバイスグループ内の詳細は、画面上にポップアップ表示される詳細リストのポップアップ画面、デバイスグループ全体の静止画像画面や動画面で選択的に表示されることを特徴とする。

これらにより、集中配置されている各デバイスの状態を、表示画面を部分拡大することなく個別に目視確認できる。

本発明に基づく表示画面例図である。 本発明の表示画面における表示色の割当例図である。 本発明の表示画面におけるデバイスグループの詳細リスト図である。 本発明の一実施例を示すブロック図である。 従来のフィールド無線監視表示装置の一例を示すブロック図である。 図５の表示画面例図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に基づく表示画面例図であり、図５および図６と共通する部分には同一の符号を付けている。

図１において、集中配置されている複数のＩ／ＯデバイスＤＥＶ０５、ＤＥＶ０８、ＤＥＶ０９、ＤＥＶ１０およびＤＥＶ１１は、機器タグがＧＲＰ０１のデバイスグループとしてグループ化されてグループオブジェクトとして登録されていて、デバイスグループを表す所定のアイコンで表示されている。

バックボーンルータはＢＢＲ０１とＢＢＲ０２の２台が設けられていて、これらバックボーンルータＢＢＲ０１とＢＢＲ０２は、時刻同期を行うために１点鎖線で示す信号線を介して相互に接続されている。

なお、これらバックボーンルータＢＢＲ０１とＢＢＲ０２は、設定ブロック２０と監視ブロック３０とＢＢＲ接続部４０を主要部として構成される監視用ＰＣ１０に接続されている。ＢＢＲ接続部４０は、２台のバックボーンルータＢＢＲ０１とＢＢＲ０２を同時に並行駆動したり、いずれか一方で監視用ＰＣ１０との間で信号の授受を行い他方を予備として冗長化するように接続を切替制御する。

これらデバイスグループＧＲＰ０１と追加されたバックボーンルータＢＢＲ０２を含む各フィールド機器の信号送信経路は、図５および図６と同様に、矢印付の線分で表示されている。信号送信経路は、実線で表示されるプライマリ経路と、破線で表示されるセカンダリ経路の２種類が設けられている。なお、プライマリ信号は各フィールド機器から必ず送信されるが、セカンダリ信号は設置現場の状況などに応じて必要なフィールド機器から送信するように選択的に設定される。

具体的には、ルーティングデバイスＤＥＶ０７はルーティングデバイスＤＥＶ０４に向けてプライマリ信号を送信するとともにルーティングデバイスＤＥＶ０１に向けてセカンダリ信号を送信し、ルーティングデバイスＤＥＶ０４はバックボーンルータＢＢＲ０１に向けてプライマリ信号だけを送信する。

ルーティングデバイスＤＥＶ０１はバックボーンルータＢＢＲ０２に向けてプライマリ信号を送信するとともにルーティングデバイスＤＥＶ０４に向けてセカンダリ信号を送信し、デバイスグループＧＲＰ０１はバックボーンルータＢＢＲ０１に向けてプライマリ信号を送信するとともにルーティングデバイスＤＥＶ０３に向けてセカンダリ信号を送信する。

ルーティングデバイスＴＭＰ０１はバックボーンルータＢＢＲ０１に向けてプライマリ信号を送信するとともにルーティングデバイスＤＥＶ０４に向けてセカンダリ信号を送信し、Ｉ／ＯデバイスＤＥＶ０２はルーティングデバイスＤＥＶ０１に向けてプライマリ信号を送信するとともにルーティングデバイスＤＥＶ０３に向けてセカンダリ信号を送信する。

Ｉ／ＯデバイスＤＥＶ０６はルーティングデバイスＤＥＶ０４に向けてプライマリ信号を送信するとともにルーティングデバイスＤＥＶ０１に向けてセカンダリ信号を送信し、ルーティングデバイスＤＥＶ０３はルーティングデバイスＤＥＶ０４に向けてプライマリ信号を送信するとともにルーティングデバイスＤＥＶ０１に向けてセカンダリ信号を送信する。

図１の表示画面に表示される機器タグの文字色、各フィールド機器の表示色および時刻同期経路を含む各信号送信経路の表示色は、図２に示すように、各表示項目の値のそれぞれの動作状態ランクに応じて、黒、薄緑、緑、赤、黄のいずれかの所定の色に変化する。

表示項目「接続状況」において、値は「接続処理中」、「接続済」、「未接続」の３つに分類される。「接続処理中」の状態ランクは「正常」と判断されて、文字色は黒、機器色は薄緑、経路色は緑で表示される。「接続済」の状態ランクも「正常」と判断されて、文字色は黒、機器色は緑、経路色は緑で表示される。「未接続」の状態ランクは「エラー」と判断されて、文字色は赤、機器色も赤、経路色も赤で表示される。

表示項目「信号強度」において、値として「閾値未満」が検出されると、状態ランクは「警告」と判断されて、文字色は赤、機器色は黄、経路色も黄で表示される。

表示項目「ＰＥＲ：パケットエラーレート」において、値として「閾値以上」が検出されると、状態ランクは「警告」と判断されて、文字色は赤、機器色は黄、経路色も黄で表示される。

表示項目「電池寿命」において、値として「閾値未満」が検出されると、状態ランクは「警告」と判断されて、文字色は赤、機器色は黄、経路色も黄で表示される。

オペレータは、図１の表示画面に表示されるデバイスグループＧＲＰ０１の機器タグの文字色、アイコンの表示色または信号送信経路の表示色のいずれかが赤または黄になったことを目視確認することにより、デバイスグループＧＲＰ０１に属しているＩ／ＯデバイスＤＥＶ０５、ＤＥＶ０８、ＤＥＶ０９、ＤＥＶ１０およびＤＥＶ１１のいずれかに異常が発生したことを把握することができる。

デバイスグループＧＲＰ０１内の詳細は、図３に示すようなデバイスグループＧＲＰ０１内の詳細リストを、たとえばマウスでアイコンをダブルクリックしたり、右クリックメニューしたり、タッチパネルの場合にはタップなどで選択して、画面上にポップアップ表示させることにより確認できる。

図３において、デバイスグループＧＲＰ０１のプライマリルータとしてバックボーンルータＢＢＲ０１を指定するとともにセカンダリルータとしてルーティングデバイスＤＥＶ０３を指定している。Ｉ／ＯデバイスＤＥＶ０５、ＤＥＶ０８、ＤＥＶ０９、ＤＥＶ１０およびＤＥＶ１１はいずれも同じ製造者「＊＊＊」の同じ型名「ＤＥＶ１１０Ｂ」である。接続状況は、Ｉ／ＯデバイスＤＥＶ０５のみが「接続済」で、他はいずれも「未接続」になっている。このリスト画面は、下部に設けられている「Close」ボタンを操作することで閉じることができる。

なお、図３のようなポップアップ画面に代えて、デバイスグループＧＲＰ０１全体の静止画像画面や動画面を表示させてもよい。特に、ウェブカメラなどの動画面を表示することにより、デバイスグループＧＲＰ０１の設置現場の状況をリアルタイムで的確に把握できる。

図４は、本発明に基づく監視用ＰＣ１０における主要部の一実施例を示すブロック図である。図４において、設定ブロック２０は、機器接続設定情報入力部２１と、機器接続設定情報格納部２２と、機器接続設定制御部２３と、グループ情報格納部２４とで構成されている。監視ブロック３０は、接続状態判定部３１、信号強度判定部３２、パケットエラー判定部３３、電池監視部３４、要素別表示色選択部３５、表示画面生成部３６と、グループ別リスト編集部３７と、グループ選択検出部３８とで構成されている。これら設定ブロック２０と監視ブロック３０は、ＢＢＲ接続部４０を介してバックボーンルータＢＢＲ０１、ＢＢＲ０２に接続されている。

設定ブロック２０において、機器接続設定情報入力部２１は、各フィールド機器について、送信先となるプライマリルータおよびセカンダリルータをそれぞれ設定し、機器接続設定情報格納部２２に格納する。機器接続設定制御部２３は、機器接続設定情報格納部２２に格納されている機器接続設定情報に基づき、プラントエリアに配置されているバックボーンルータＢＢＲ０１、ＢＢＲ０２を介して各フィールド機器に送信先となるプライマリルータおよびセカンダリルータを設定する。

グループ情報格納部２４には、グループ化されている各デバイスグループのフィールド機器の属性情報が格納されている。グループ情報格納部２４に格納されている各デバイスグループのフィールド機器の属性情報は、グループ別リスト編集部３７に入力される。

監視ブロック３０において、接続状態判定部３１、信号強度判定部３２、パケットエラー判定部３３および電池監視部３４には、バックボーンルータＢＢＲ０１、ＢＢＲ０２を介して各フィールド機器から接続状態情報、信号強度情報、パケットエラー情報および電池監視情報が入力される。

接続状態判定部３１は、接続状態情報に基づき、「接続処理中」、「接続済」、「未接続」の３つのいずれかを判定して、判定結果を要素別表示色選択部３５および表示画面生成部３６に入力する。

信号強度判定部３２は、信号強度情報に基づき、あらかじめ設定されている閾値未満であるか否かを判定して、判定結果を要素別表示色選択部３５および表示画面生成部３６に入力する。

パケットエラー判定部３３は、パケットエラーに基づき、あらかじめ設定されている閾値以上であるか否かを判定して、判定結果を要素別表示色選択部３５および表示画面生成部３６に入力する。

電池監視部３４は、電池監視情報に基づき、あらかじめ設定されている閾値未満であるか否かを判定して、判定結果を要素別表示色選択部３５および表示画面生成部３６に入力する。

要素別表示色選択部３５は、接続状態判定部３１、信号強度判定部３２、パケットエラー判定部３３および電池監視部３４から入力される各フィールド機器の判定結果に基づき、各フィールド機器の機器タグの文字色、各フィールド機器のアイコンの表示色および各信号送信経路の表示色について、それぞれ要素別の表示色を割り当てて表示画面生成部３６に入力する。

表示画面生成部３６は、接続状態判定部３１、信号強度判定部３２、パケットエラー判定部３３および電池監視部３４から入力される各フィールド機器の判定結果および要素別表示色選択部３５から入力される要素別の表示色情報に基づき、表示部に表示される図１のような表示画面を生成する。

グループ別リスト編集部３７は、グループ情報格納部２４から入力される各デバイスグループのフィールド機器の属性情報に基づいて図３に示すようなデバイスグループＧＲＰ０１内の詳細リストを編集し、表示画面生成部３６に入力する。

グループ選択検出部３８は、オペレータが図１の表示画面上でデバイスグループＧＲＰ０１のアイコンを選択したことを検出すると、選択されたデバイスグループＧＲＰ０１に対応したアイコン検出信号を表示画面生成部３６に入力する。

表示画面生成部３６は、グループ選択検出部３８から入力されたアイコン検出信号に基づき、図３に示すような選択されたデバイスグループＧＲＰ０１を構成するフィールド機器の詳細リストをたとえばポップアップ表示する。

なお、上記実施例では、プラントエリアの見取図にフィールド機器の単独アイコンとグループアイコンとそれぞれの機器タグおよび信号送信経路をそれぞれの状態に応じて割り当てられた所定の表示色で表示する例について説明したが、グループアイコンの使用は見取図に限るものではなく、地図やトポロジー形式にも使用できる。

以上説明したように、本発明によれば、集中して配置されている各デバイスの状態を、表示画面を部分拡大することなく個別に目視確認できるフィールド無線監視表示装置を実現できる。

１０ 監視用ＰＣ
２０ 設定ブロック
２１ 機器接続設定情報入力部
２２ 機器接続設定情報格納部
２３ 機器接続設定制御部
３０ 監視ブロック
３１ 接続状態判定部
３２ 信号強度判定部
３３ パケットエラー判定部
３４ 電池監視部
３５ 要素別表示色選択部
３６ 表示画面生成部
４０ ＢＢＲ接続部

Claims (3)

1. プラントエリアにおける無線通信機能を有するフィールド機器の設置場所に、少なくとも各フィールド機器を表す所定のアイコンと各フィールド機器の信号送信経路を所定の線分で表示するように構成されたフィールド無線監視表示装置において、
   集中配置されている前記フィールド機器をグループ化しデバイスグループを表す所定のアイコンで表示するとともに、
   前記信号送信経路は、各フィールド機器から必ず送信されるプライマリ経路と設置現場の状況などに応じて必要なフィールド機器から送信されるセカンダリ経路の２種類が、互いに識別可能な所定の線分で表示されることを特徴とするフィールド無線監視表示装置。
2. 前記各フィールド機器の表示色および各信号送信経路の表示色は、各表示項目の値のそれぞれの動作状態ランクに応じて割り当てられた所定の色に変化することを特徴とする請求項１記載のフィールド無線監視表示装置。
3. 前記デバイスグループ内の詳細は、画面上にポップアップ表示される詳細リストのポップアップ画面、デバイスグループ全体の静止画像画面や動画面で選択的に表示されることを特徴とする請求項１記載のフィールド無線監視表示装置。

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